الحرارة النوعية مقابل التوصيل الحراري: الفرق والمقارنة

تشير الحرارة النوعية إلى المقدار الإجمالي للطاقة الحرارية التي تحتاجها وحدة واحدة من أي مادة لزيادة درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية.

من ناحية أخرى ، الموصلية الحرارية هي قدرة مادة معينة على نقل أو توصيل الطاقة الحرارية من خلالها.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. تقيس الحرارة النوعية قدرة المادة على تخزين الطاقة الحرارية ، بينما تصف الموصلية الحرارية مدى جودة توصيل المادة للحرارة.
2. يمكن للمادة ذات الحرارة النوعية العالية أن تمتص المزيد من الحرارة دون التعرض لتغير كبير في درجة الحرارة ، في حين أن المادة ذات الموصلية الحرارية العالية تنقل الحرارة بسرعة.
3. تتطلب التطبيقات المختلفة مجموعات مختلفة من الحرارة المحددة والتوصيل الحراري ، اعتمادًا على عوامل مثل العزل والتبادل الحراري واستقرار درجة الحرارة.

الحرارة النوعية مقابل التوصيل الحراري

الحرارة النوعية هي كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لرفع درجة حرارة وحدة كتلة من مادة بمقدار درجة مئوية واحدة أو كلفن. الموصلية الحرارية هي قدرة المادة على توصيل الحرارة وهي مقياس لمدى سرعة مرور الحرارة عبر مادة ما من نقطة إلى أخرى.

يتم قياس الحرارة النوعية بالسعرات الحرارية أو الجول لكل جرام لكل درجة مئوية. في بعض الأحيان، نسبة من السعات الحرارية النوعية لمادة ما عند درجة حرارة معينة لتلك الخاصة بمادة مرجعية عند درجة حرارة مرجعية تسمى أيضًا بالحرارة النوعية. الصيغة لحساب الحرارة النوعية هي:

c = ΔسmΔ ت

أين

c يشير إلى الحرارة النوعية لمادة

ΔQ يشير إلى الحرارة المكتسبة أو المفقودة من المادة ،

m يشير إلى كتلة المادة ، و

ΔT يشير إلى التغير في درجة حرارة المادة.

الموصلية الحرارية هي إحدى العمليات الثلاث لنقل الحرارة - الحمل الحراري ، التوصيل، والإشعاع. وحدتها هي واتس لكل متر كلفن. تعتمد الموصلية الحرارية على بعض العوامل ، مثل درجة الحرارة ومحتوى الرطوبة وكثافة المادة.

K = (QL(/)AΔT)

أين

K يشير إلى الموصلية الحرارية (W / mK) ،

Q يشير إلى كمية الحرارة المنقولة عبر مادة (جول / ثانية أو وات) ،

L يشير إلى المسافة بين طائرتين متساويتين ،

A يشير إلى مساحة السطح (متر مربع) ، و

ΔT تشير إلى فرق درجة الحرارة (كلفن).

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	حرارة نوعية	التوصيل الحراري
تعريف	تشير الحرارة النوعية إلى المقدار الإجمالي للطاقة الحرارية التي تحتاجها وحدة واحدة من أي مادة لزيادة درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية.	تشير الموصلية الحرارية إلى قدرة مادة معينة على نقل الطاقة الحرارية عبرها.
رمز	يشار إلى الحرارة النوعية على أنها cp or s.	يتم الإشارة إلى الموصلية الحرارية بواسطة K.
الوحدات	يتم قياس الحرارة النوعية بالسعرات الحرارية أو الجول لكل جرام لكل درجة مئوية أو كلفن (J/(kg K) أو J/(kg °C)).	وحدة التوصيل الحراري هي واط لكل متر-كلفن (W / (m⋅K)).
المعادلة	c = ΔسmΔ ت	K = (QL(/)AΔT)
العوامل المؤثرة	تعتمد الحرارة النوعية على نوع ومرحلة المادة.	تعتمد الموصلية الحرارية بشكل أساسي على درجة الحرارة واتجاه انتقال الحرارة.
القيم التجريبية لبعض المركبات	تبلغ الحرارة النوعية للمياه 4,186،1,700 جول لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية بينما تبلغ حرارة الخشب XNUMX جول لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية.	الموصلية الحرارية للماء عند 0 درجة مئوية هي 0.5610 واط / (م · ك) بينما تلك للخشب هي 0.12-0.04 وات / (م · ك).
التطبيقات	تستخدم المواد ذات السعات الحرارية المنخفضة في أواني الطهي مثل الغلايات والمقالي.	تستخدم المواد ذات التوصيل الحراري العالي في تطبيقات المشتت الحراري، في حين تستخدم المواد ذات التوصيل الحراري المنخفض كعوازل حرارية.

ما هي الحرارة النوعية؟

تُعرف الحرارة النوعية أيضًا باسم السعة الحرارية الجماعية. قد يشير أيضًا إلى نسبة السعات الحرارية المحددة لمادة ما عند أي درجة حرارة معينة إلى تلك الخاصة بمادة مرجعية عند درجة حرارة مرجعية.

لقد ثبت أن درجات حرارة معينة للمواد تسمح بحساب الأوزان الذرية للمركبات.

حرارة نوعية القيم تعتمد دائمًا على مرحلة وخصائص مادة ما ، ويتم قياسها تجريبيًا ومتاحة للرجوع إليها.

يتم استخدام المواد ذات السعة الحرارية المنخفضة في أواني الطهي مثل الغلايات والأواني والمقالي وما إلى ذلك ؛ هذا يرجع إلى حقيقة أنه عندما يتم استخدام كمية صغيرة من الحرارة ، فسوف يتم تسخين هذه المواد بسرعة.

يتم استخدام الحرارة النوعية في بناء المقابض (مقابض الطباخ والغلاية) والعوازل وأغطية الفرن أيضًا ؛ لأنه يتم ملاحظة تغير بسيط فقط في درجة الحرارة حتى بعد التعرض للحرارة العالية.

ما هي الموصلية الحرارية؟

تحدث الموصلية الحرارية عن طريق التحريض الجزيئي داخل مادة معينة. أي ، يتم نقل الطاقة الحرارية بسبب الحركة الجزيئية العشوائية.

تتمتع مواد مثل الألومنيوم والنحاس والفضة بموصلية حرارية عالية وموصلية حرارية جيدة.

المواد مثل الخشب والألومينا والبولي يوريثين والبوليسترين لها موصلية حرارية منخفضة.

هذه المواد هي عوازل حرارية.

تختلف الموصلية الحرارية لمادة ما عندما تتغير المادة من مرحلة إلى أخرى. على سبيل المثال ، تتغير الموصلية الحرارية للجليد عندما يذوب في الماء.

الاختلافات الرئيسية بين الموصلية الحرارية والتوصيل الحراري النوعي

1. تشير الحرارة النوعية إلى الحرارة المحتجزة في النظام ، بينما تشير الموصلية الحرارية إلى انتقال الحرارة داخل النظام أو بين الأنظمة المختلفة.
2. يتم التعبير عن الموصلية الحرارية بالرمز "k"، ولكن يمكن أيضًا الإشارة إليها بالرمز ""λ'و'κ". يشار إلى الحرارة النوعية c or s.
3. تعتمد الحرارة النوعية على نوع ومرحلة المادة قيد الدراسة ، بينما تعتمد التوصيل الحراري على درجة الحرارة ومحتوى الرطوبة وكثافة المادة.
4. يتم قياس الحرارة النوعية باستخدام الكتلة والتغير في درجة الحرارة والحرارة المكتسبة أو المفقودة بواسطة مادة ما. يتم قياس الموصلية الحرارية باستخدام الاختلاف في درجة الحرارة وكمية الحرارة المنقولة عبر المادة والمسافة بين الطائرات ومساحة السطح.
5. الحرارة النوعية هي قدرة وحدة من المركب على الاحتفاظ بكمية معينة من الطاقة الحرارية. الموصلية الحرارية هي قدرة المادة على نقل الطاقة الحرارية.

مراجع حسابات

1. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.4.2029
2. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3253100

آخر تحديث: 11 يونيو 2023